GPS
یا سیستم مکان یابی جهانی ،یک سیستم ناوگانی ماهواره است که از شبکه ای با
۲۴ ماهواره ساخته شد و بوسیله ی سازمان دفاع آمریکا در مدار قرار گرفت
GPS
چیست؟
GPS
یا سیستم مکان یابی جهانی ،یک سیستم ناوگانی ماهواره است که از شبکه ای با
۲۴ ماهواره ساخته شد و بوسیله ی سازمان دفاع آمریکا در مدار قرار گرفت. در
ابتدا
GPS
برای مصارف نظامی به کار گرفته می شد اما در ۱۹۸۰ ، دولت آمریکا این سیستم
را برای استفاده های شخصی در نظر گرفت.GPS
درهر شرایط آب و هوایی و در هر جای دنیا ،در ۲۴ ساعت شبانه روز قابل دسترسی
است و هیچ حق اشتراک یا هزینه ای برای استفاده از
GPS
وجود ندارد.
● GPS
چگونه کار می کند؟
ماهواره های
GPS
در یک مدار معین، زمین را دو بار در روز دور می زنند و سیگنال های اطلاعاتی
را به زمین ارسال می کنند. دریافت کننده
GPS
این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش های هندسی
استفاده می کند. در اصل دریافت کننده ی
GPS
زمان ارسال سیگنال از ماهواره را با زمان دریافت سیگنال مقایسه می کند.
اختلاف زمان بازگو کننده ی میزان فاصله ی ماهواره از دریافت کننده ی
GPS
است. با اندازه گیری فاصله، از تعدادی چند از ماهواره ها ،دریافت کننده می
تواند مکان کاربر را مشخص کرده و آن را روی نقشه ی الکترونیکی واحد نمایان
کند.
یک دریافت کننده ی
GPS
با سیگنال هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می کند، می تواند مسیر حرکت
و مختصات دو بعدی (طول و عرض) مکان را محاسبه کند. با در نظر گرفتن چهار یا
بیشتر ماهواره ، دریافت کننده می تواند مختصات سه بعدی (طول،عرض،ارتفاع)
مکان کاربر را مشخص کند. زمانی که مکان کاربر مشخص شد ،
GPS
می تواند سایر اطلاعات نظیر:سرعت،مسیر،فاصله ی پیموده شده،فاصله تا
مقصد،زمان طلوع و غروب خورشید و ... را محاسبه کند.
●
دقت
GPS
تا چه حد است؟
امروزه دریافت کننده های
GPS
دارای دقت بی نهایت بالایی هستند و این امر را مدیون طرح کانال چند گانه
موازی هستیم. دریافت کننده های کانال ۱۲ موازی گارمین به محض روشن شدن سرعت
بالایی در برقراری رابطه با ماهواره دارد و این ارتباط به طور مستمر بر
قرار است و حتی درختان انبوه و آسمان خراش های بلند مانع برقراری ارتباط
نمی شوند.کارخانه های اتمسفریک و دیگر چشمه های ایجاد خطا، روی دقت دریافت
کننده ی
GPS
تاثیر می گذلرند. دریافت کننده های
GPS
گارمین دارای میانگین دقت ۱۵ متر می با شند.دریافت کننده های
GPS
گارمین با قابلیت سیستم افزایش عرض ناحیه دقت را با میانگین کمتر از ۳ متر
بهبود می بخشد. هیچ لوازم یدکی و یا حق الزحمه ای برای استفاده از سیستم
افزایش عرض ناحیه احتیاج نیست.کاربران می توانند دقت را با کمک
GPS
تفاضلی بهتر کنند. به این صورت که سیگنال های
GPS
را تقویت می کند و به میانگین ۳تا ۵ متر می رساند.گارد ساحلی آمریکا اغلب
از سرویس تقویت کننده
GPS
تفاضلی استفاده می کند. این سیستم شامل شبکه ای از برج ها می باشد که
سیگنال های
GPS
را دریافت کرده و سیگنالی تقویت شده به وسیله ی فرستنده های رادیویی ارسال
می کنند. به منظور دریافت سیگنال های تقویت شده کاربران علاوه بر
GPS
به یک آنتن و دریافت کننده علایم گوناگون نیاز دارند.
●
سیستم ماهواره ای
GPS
:
۲۴ ماهواره که بخش فضایی
GPS
را شامل می شوند در مداری با فاصله ی ۱۲ هزار مایل از زمین قرار دارند.
آنها پیوسته در حال حرکت بوده و در کمتر از ۲۴ ساعت دو دور کامل می زنند.
این ماهواره ها با سرعت تقریبی ۷ هزار مایل در ساعت حرکت می کنند.
ماهواره های
GPS
به کمک انرژی خورشید کار می کنند. در زمان خورشید گرفتگی و زمانی که این
انرژی وجود ندارد، آنها با بهره گیری از باطری های پشتیبان به کار خود
ادامه می دهند.علاوه بر این، راکت های تقویت کننده ی کوچک به کمک ماهواره
آمده و آن را در مسیر اصلی خود قرار می دهند.
در اینجا به حقایق جالبی در مورد ماهواره های
GPS
اشاره می کنیم:(البته ناو استار نامی است که سازمان دفاع آمریکا برای
GPS
انتخاب کرد.)
اولین ماهواره ی
GPS
در سال ۱۹۷۸ به سوی مدار خود روانه شد.
تمام ۲۴ ماهواره در سال ۱۹۹۴ به راه افتادند.
کارایی هر ماهواره حدود ۱۰ سال است و جایگزین ها دائما در حال ساخته شدن و
قرار گرفتن در مدار خود می باشد.
وزن یک ماهواره
GPS
در حدود دو هزار پند ( ۹۰۷ کیلوگرم) است و زمانی که صفحات خورشیدی آن باز
می شود در حدود ۱۷ فوت (۸.۱۸ متر) عرض دارد.
قدرت فرستنده ها تنها۵۰ وات یا کمتر است.
●
سیگنال چیست؟
ماهواره های
GPS
دو سیگنال رادیویی کوتاه و قوی
L۱
و
L۲
را ارسال می کنند.
GPS
های شخصی
L۱
را با فرکانس ۱۵۷۵.۴۲ مگا هرتز روی باند
UHF
دریافت می کنند. این سیگنال ها از میان ابر و گاز و پلاستیک عبور می کند
اما از میان جامدات ، ساختمان ها و کوه ها نمی تواند عبور کند.یک سیگنال
GPS
شامل سه بیت اطلاعات متفاوت است: یک کد تصادفی کاذب، اطلاعات زود گذر(یک
روزه) و اطلاعات سالیانه.
کد تصادفی کاذب به سادگی یک کد
ID
است که ماهواره ای را که در حال ارسال اطلاعات می باشد را مشخص می کند. شما
می توانید این عدد(کد) را هنگامی روی صفحه ماهواره واحد
GPS
گارمین خود ببینید که آن مشخص می کند کدام یک از ماهواره ها در حال دریافت
کردن آن است.
اطلاعات زود گذر(یک روزه): مکانی را که هر ماهواره
GPS
در هر ساعتی باید داشته باشد را به دریافت کننده ی
GPS
نشان می دهد.این اطلاعات ارسال شده توسط هر ماهواره ، اطلاعات مداری مربوط
به آن ماهواره و سایر ماهواره های واقع در سیستم را نشان می دهد.
اطلاعات سالیانه که به وسیله هر ماهواره به طور پیوسته ارسال می شود شامل
اطلاعات مهمی در رابطه با وضع ماهواره (سالم یا خراب بودن)، زمان و اطلاعات
رایج است. این بخش از سیگنال برای مشخص کردن مکان بسیار ضروری است.
چشمه هایی که بر سیگنال های
GPS
تاثیر گذاشته و باعث فاسد شدن (از بین رفتن) آنها شده و در نتیجه روی دقت و
صحت اطلاعات تاثیر گذار است به قرار زیر می باشد:
▪
تاخیرات تروپوسفر (پایین ترین بخش اتمسفر) و یونسفر (یون کره): سیگنال های
ماهواره ای به هنگام عبور از اتمسفر کند می شوند. سیستم
GPS
از مدلی ساختگی استفاده می کند تا میانگین تاخیر را محاسبه و هر چند به طور
جزیی این نوع خطا را اصلاح کند.
سیگنال های چند گانه:زمانی رخ می دهد که سیگنال های
GPS
قبل از رسیدن به دریافت کننده توسط ساختمان های بلند یا سطوح سنگی بزرگ،
منعکس می شوند که این خود باعث افزایش زمان سفر و در نتیجه ایجاد خطا می
گردد.
▪
خطاهای زمانی دریافت کننده: ساعت یک دریافت کننده همانند ساعت های اتمی
ماهواره های
GPS
دقیق نیست بنابراین خطای زیادی از لحاظ وقت و زمان ممکن است پیش آید.
▪
خطاهای مداری : اطلاعات یک روزه ممکن است که مکان نادرستی از ماهواره را
گزارش دهد که باعث ایجاد خطا می شود.
تعدادی از ماهواره های قابل رویت ،ساختمان ها، ترن،موانع الکترونیکی و حتی
بعضی اوقات درختان انبوه می توانند سدی در برابر سیگنال ها شوند که منجر به
ایجاد خطا شده و یا مکان یابی غیر ممکن می گردد.
▪
هندسه ماهواره ها: اشاره به موقعیت نسبی ماهواره ها در هر زمانی دارد. یک
مثال که در مورد هندسه ماهواره ها وجود دارد زمانی است که ماهواره ها در
زاویه های عریض در ارتباط با هم قرار دارند. زمانی که ماهواره ها روی یک خط
و یا گروهی کوچک قرار دارند هندسه ضعیفی را ایجاد می کنند.
▪
فساد عمدی سیگنال ماهواره: قابلیت استفاده از ماهواره های برگزیده (که به
مخفف
SA
گفته می شود) که یک فساد عمدی در سیگنال ها است ، زمانی به وسیله ی سازمان
دفاع آمریکا وضع شد. SA
برای این در نظر گرفته شده است تا دشمن نظامی نتواند سیگنال های فوق العاده
دقیق
GPS
استفاده کند.دولت آمریکا
SA
را در ماه مه ۲۰۰۰ قطع کرد تا دقت دریافت کننده های
GPS
های شخصی را افزایش دهد.
(سیستم
GPS
در خودروها کاربرد زیادی دارد)
منبع :
http://www.academist |